流体力学孔口管嘴流动

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章孔口管嘴管路流动,一、孔口管嘴出流二、简单管路三、管路的串联和并联四、有压管中的水击、虹吸,基本内容及要点,1、 孔口自由出流：,在容器侧壁或底壁上开一孔口，容器中的液体自孔口出流,到大气中。,一、孔口管嘴出流,如图所示：给出一自由出流孔口，,容器中液体由四周流向孔口。,通过收缩断面形心引基准线0-0,列出A-A及C-C两断面的能量方程。,H,O,O,C,A,A,C,D,C,v,0,v,C,C,D,34,D,v,C,v,c,分离、漩涡区,这类流动损失均发生在局部,有:,移项整理得:,速度为：,定义速度系数：,收缩系数：,流 量：,定义流量系数：,则,2、 孔口淹没出流：,液体通过孔口出流到另一个充满液体的空间称为淹没出流。结构形式如图示。,以孔口中心线为基准线，取上下游自由液面1-1及2-2，列能量方程：,上式移项整理，得:,显然式中的H0为作用水头:,由此式可得速度:,流量:,淹没出流时突括系数约为1，所以取淹没出流速度系数为:,流量公式改写:,定义流量系数:,孔口淹没出流之有压容器：,出流形式可分为自由出流和淹没出流。,流量公式形式如前:,自由出流时：,不计上流速度则变为：,淹没出流时：,但此时的作用水头有差别。,气体自然为淹没出流：,式中：,均匀管道中认为流速不变，则：,应用：孔板流量计,3、管嘴出流,液体出流通道约等于3-4d时，无论管壁厚还是接出的短管。此时的出流工工况称为圆柱形外管嘴出流，简称管嘴出流。,沿A-A/B-B断面列方程：,与前述出流公式形式相同，左侧,为作用水头。,所以：,出口断面流体呈充满流动，此时收缩系数为1，则此时的流速系数和流量系数为：,动能修正系数取1，则：,锐缘进口局阻系数取0.5，则：,进口速度忽略不计，则：,管嘴出流正常工作的条件：,作用水头越大，则收缩区的真空值越大，当局部负压达到一定程度时，常温的水也会发生汽化。水汽及空气会使液柱和管壁分离，这样就变成了孔口出流。所以要保证正常的管嘴出流，就必须控制真空度，也就是必须控制作用水头。,以0-0为准，列断面1-1、2-2间能量方程：,出口局阻,=1,将之归到和里面，则有：,二、简单管路,实际的工程在实际应用中，常常要对复杂管路系统做计算。,一个复杂的管路系统是由简单管路组成的。所以，应当从简单管,路开始进行阻力及流量特性研究。这里引入了阻抗的概念。,将其代入公式：,令,则上式简化为：,可知速度表达式：,如管道内是气体，则水头改为全压，上式仍可使用：,令,则,由以上公式可以看出，Sp和S,H,对给定管路而言是一个定值，它综合反映可管路上沿阻和局阻的情况，称为阻抗。,它可以简练的表示出：简单管路中，总阻力损失和体积流量平方成正比。,一、串联管路,串联管路是由许多简单管路首尾相接组合而成。,流动特点：,结论：无中途的分流或合流，则各管段流量相同，阻力叠加，总管段的阻抗等于各管段阻抗叠加。这就是串联管路的计算原则。,三、管路的串联与并联,二、并联管路,液体从总管路节点a处分出两根以上的管段，而这些管段同时又汇集到另一节点b处，在节点a和b之间的各管段称为并联管路。并联管路同样遵循基本守恒原理。,简单推导，由：,得：,即：,代入流量公式：,已知,：,消去h得,：,或有：,有压管中运动着的液体，由于阀门或水泵突然关闭，使得液体速度和动量发生急剧变化，从而引起液体压强的骤然变，这种现象称为水击。,四、水击和虹吸,一、水击现象,过程分析：如图所示,水击的危害和防止措施,1、水击的危害,2、,直接水击和间接水击,设备损毁，管道破裂,。,噪音、震动。,直接：,直接,水击时压强增值最大，危害也最大，此时采用儒科夫斯基公式计算：,水击波传递速度,：,公式中参数含义：,密度,关阀前后速度,水击波传递速度,水中的声速，一般为1425m/s,水的弹性系数,管子内径,管壁厚度,管材的弹性系数,间,接：,直接水击时压强增值,较小,，危害也,比较小。,3、,防止措施,要满足T,s,2l/C即lCT,s,/2条件，应尽量避免直接水击，使p值减小。,增加管路关闭（或开启）时间T,s,使过程长,在管路中装置各种安全瓣，或把部分空气引入管中。,二、虹吸现象,、原理：大气压力,、特点：负压区,、正常工作条件：h,v,=78.5m(真空高度),以图所示为对象求解流量及真空高度以0-0为基准线，取断面1-1、2-2列能量方程。,移项得：,（式中S,H,为阻抗）,则 H,0,=Z,1,-Z,2,=H,则：,同时 p,1,=p,2,=p,a,v,1,=v,2,可表示为：,H,0,=h,l1-2,=S,H,Q,2,如图示中 L=L,1,+L,2,e,b,0,将以上数值代入流量计算公式中：,则：,此即虹吸管的速度及流量计算公式。,求最大真空高度：,取断面1-1及C-C，列方程：,要点,1、阻抗,2、扬程（全压）、阻抗、流量关系。,3、管路串并联公式。,4、水击。,5、虹吸。,